La fluidizzazione è un metodo di miscelazione del combustibile e dell'aria in una proporzione specifica, per ottenere la combustione. Un letto fluidizzato può essere definito come il letto di particelle solide che si comportano come un fluido. Opera sul principio che, quando l'aria distribuita uniformemente viene fatta passare verso l'alto attraverso un letto finemente suddiviso di particelle solide a bassa velocità, le particelle rimangono indisturbate, ma se la velocità del flusso d'aria viene aumentata gradualmente, si raggiunge uno stadio in cui le particelle individuali sono sospese nel flusso d'aria.
Se la velocità dell'aria viene ulteriormente aumentata, il letto diventa altamente turbolento e si verifica una rapida miscelazione delle particelle, che sembrano formare bolle in un liquido in ebollizione, e il processo di combustione risultante è noto come combustione in letto fluidizzato.
La velocità dell'aria che causa la fluidizzazione dipende da numerosi parametri, come:
Dimensione delle particelle di combustibile.
Densità della miscela aria-combustibile.
Pertanto, questi parametri vengono presi in considerazione, mentre si manipola la velocità del flusso d'aria per ottenere il tasso di combustione desiderato. Nella combustione in letto fluidizzato, la rapida miscelazione assicura l'uniformità della temperatura. Il principale vantaggio del sistema di combustione in letto fluidizzato è che possono essere utilizzati per la generazione di calore rifiuti comunali, fanghi di impianti di depurazione, biomasse, rifiuti agricoli e altri combustibili ad alta umidità.
Un forno a letto fluidizzato ha uno spazio chiuso con una base dotata di aperture per ammettere l'aria. Il carbone schiacciato, la cenere e il dolomite o la calce schiacciati sono miscelati nel letto del forno e l'aria di combustione ad alta velocità viene poi fatta passare attraverso il letto, entrando dal fondo del forno.
Con l'aumento costante della velocità dell'aria, si raggiungerà uno stadio in cui la caduta di pressione attraverso il letto sarà uguale al peso per unità di sezione trasversale del letto, e questa particolare velocità critica è chiamata velocità minima di fluidizzazione.
Con un ulteriore aumento della velocità dell'aria, il letto inizierà a espandersi e permetterà il passaggio di aria aggiuntiva, sotto forma di bolle. Quando la velocità dell'aria diventa 3 a 5 volte la velocità critica, il letto assomiglia a quello di un liquido in violenta ebollizione. Una rappresentazione pittorica della combustione in letto fluidizzato è data nella figura sottostante:
Le tubazioni dell'evaporatore della caldaia sono immerse direttamente nel letto fluidizzato e, essendo in contatto diretto con le particelle di carbone in combustione, producono tassi di trasferimento termico molto elevati. A causa di ciò, le dimensioni dell'unità sono ridotte notevolmente e produce anche una combustione con efficienza molto alta.
La combustione in letto fluidizzato (FBC) può essere in 2 varianti, vale a dire:
Tipo verticale FBC: Questi sono generalmente utilizzati in impianti più piccoli e hanno la capacità di produrre vapore fino a 6 tonnellate all'ora. La loro forma verticale riduce le dimensioni complessive della caldaia a vapore e sono estremamente efficienti negli impianti dove lo spazio è limitato.
Tipo orizzontale FBC: Hanno quasi 10 volte la capacità rispetto al tipo verticale di combustione in letto fluidizzato. Possono produrre fino a 60 tonnellate di vapore all'ora e sono posizionati orizzontalmente rispetto alle tubazioni della caldaia. La grande capacità dei boiler orizzontali a letto fluidizzato, unita alla loro alta efficienza, li rende una scelta estremamente desiderabile per le centrali termoelettriche a carbone.
FBC viene utilizzato in modo esaustivo oggi in tutte le principali centrali elettriche in tutto il mondo, grazie ai numerosi vantaggi che offre rispetto agli altri metodi predominanti di combustione. Alcuni di questi sono:
Alta efficienza termica.
Sistema di rimozione facile delle ceneri, da trasferire per la produzione di cemento.
Periodo breve di commissione e montaggio.
Completamente automatizzato, quindi garantisce un'operazione sicura, anche a temperature estreme.
Operazione efficiente a temperature inferiori a 150oC (cioè ben al di sotto della temperatura di fusione delle ceneri).
Ridotta triturazione del carbone, ecc. (il carbone polverizzato non è necessario qui).
Il sistema può reagire rapidamente ai cambiamenti nella domanda di carico, grazie all'istituzione rapida dell'equilibrio termico tra l'aria e le particelle di combustibile nel letto.
L'operazione del forno a letto fluidizzato a temperature inferiori contribuisce a ridurre l'inquinamento atmosferico. L'operazione a basse temperature riduce anche la formazione di ossidi di azoto. Aggiungendo dolomite (un carbonato di calcio-magnesio) o calcare (carbonato di calcio) al forno, si può anche ridurre il rilascio di ossidi di zolfo nell'atmosfera, se desiderato.
In considerazione di tutti questi vantaggi della combustione in letto fluidizzato sopra elencati, dove la combustione in letto fluidizzato emerge come la migliore alternativa disponibile oggi, il principale svantaggio di questo sistema è che la potenza del ventilatore deve essere mantenuta a un valore considerevolmente alto, poiché l'aria deve essere fornita continuamente a una pressione molto elevata per supportare il letto. Ciò a sua volta aumenta il costo di funzionamento delle unità ausiliarie dell'impianto. Tuttavia, questo è più che compensato dai valori elevati di efficienza che FBC fornisce.
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